Kv, Kt a počet pólov: tri hodnoty, ktoré popisujú elektrický motor
Dva motory rovnakých rozmerov sa môžu správať veľmi odlišne: jeden má silný štart, ale rýchlo dosiahne svoj limit, zatiaľ čo druhý má pomalší štart, ale dosahuje vyššiu maximálnu rýchlosť. Rozdiel je určený dvoma konštantami, Kv a Kt, a tiež počtom pólov. Tento sprievodca tieto konštanty vysvetľuje, spolu s užitočnými výpočtami pre každodenné použitie.
Dôležité informácie
- Hodnota Kv udáva, koľko otáčok za minútu motor vykonáva na jeden volt, za predpokladu, že nie je zaťažený.
- Hodnota Kt udáva, koľko krútiaceho momentu motor produkuje na jeden ampér. Je to inverzná hodnota Kv, s rozdielom v jednom faktore.
- Vysoké Kv zaisťuje vyššiu rýchlosť, zatiaľ čo vysoké Kt zabezpečuje vyšší krútiaci moment: nie je možné dosiahnuť oboje u jedného motora.
- Počet pólov určuje frekvenciu prúdu, ktorý musí regulátor vygenerovať.
Kv: označuje otáčky motora na volt
Hodnota Kv sa meria v otáčkach za minútu na volt. Motor s hodnotou Kv 15 sa, za ideálnych podmienok a bez strát, otáča 15 otáčkami za minútu pri každom volt aplikovaného napätia. Pri plne nabatej batérii s napätím 84 V by sa teda teoreticky mohol otáčať maximálne približne 15 × 84 = 1 260 otáčok za minútu.
Toto je maximálna rýchlosť: pri zaťažení, pokles napätia v batérii, kábloch a vinutiach, ako aj trenie, ju znižujú. To vysvetľuje, prečo batéria s vyšším napätím umožňuje, aby skúter bol rýchlejší pri rovnakom motore, a prečo sa hovorí o znížení magnetického toku, aby sa prekročila táto maximálna rýchlosť.
Od otáčania po rýchlosť skútra
Pre motora zabudovaného v náboji kolesa sa koleso otáča rýchlosťou motora. Rýchlosť v kilometroch za hodinu sa vypočíta nasledovne:
`rýchlosť (km/h) = otáčky za minútu × obvod kolesa (m) × 60 ÷ 1 000`
Príklad: 1 260 otáčok za minútu na kolese s obvodom 0,8 metra dáva 1 260 × 0,8 × 60 ÷ 1 000 ≈ 60 km/h, za jazdy bez záťaže a teoreticky. Skutočná rýchlosť bude nižšia.
Kt: Krútiaci moment na ampér
Hodnota Kt sa meria v newton-metroch na ampér. Motor s hodnotou Kt 0,6 produkuje 0,6 N·m na každý ampér prúdu. Pri 100 A produkuje 60 N·m.
Kv a Kt opisujú rovnakú vlastnosť, ale z dvoch rôznych uhlov: silu magnetov a počet závitov cievok. Pri použití konzistentných jednotiek sú tieto dve veličiny vzájomne prepojené jednoduchým vzťahom:
`Kt ≈ 9,55 ÷ Kv` (Kt v jednotkách N·m/A, Kv v otáčkach za minútu na volt)
S hodnotou Kv 15, môžeme očakávať hodnotu Kt približne 0,64 N·m/A. V závislosti od metód merania používaných výrobcami (napríklad napätie medzi fázami alebo na jednu fázu, maximálna alebo efektivná hodnota), sa tento vzťah môže meniť v rozmedzí približne 1,2 až 1,7. Použite tieto hodnoty ako orientačné, nie ako presné údaje.
Vysoká rýchlosť alebo vysoký krútiaci moment: rovnaký motor, ale s iným vinutím
Pre rovnaké vonkajšie rozmery a rovnaké magnety je možné vinutie statora vykonať s použitím väčšieho počtu tenších drôtov, alebo s menším počtom hrubších drôtov.
| Viac závitov (vysoký krútiaci moment) | Menej závitov (Vysoká rýchlosť) | |
|---|---|---|
| Kv | Nižšie: nižšia rýchlosť na volt | Vyššie: Vyššia rýchlosť na volt |
| Kt | Vyššie: viac krútiaceho momentu na ampér | Nižšie: menej krútiaceho momentu na ampér |
| Prúd pri rovnakom krútiacom momente | Najnižšia | Vyšší |
| Čo vyžaduje od riadiacej jednotky a batérie | Menej prúdu | Viac prúdu |
Pri rovnakej veľkosti môžu oba vinutia produkovať porovnateľný výkon: jedno dosahuje výkon s vyšším napätím a nižším prúdom, druhé naopak. Správna voľba závisí od napätia batérie, od toho, aký prúd dokáže poskytnúť riadiaca jednotka a batéria, a od použitia: akcelerácia a stúpanie, alebo maximálna rýchlosť. To je princíp verzií High Speed a High Torque našich motorov pre elektrické skútre.
Polárne oblasti: frekvencia elektrického prúdu
Motor má určitý počet párov magnetických pólov, teda párov severných a južných magnetov na rotore. Pri každej mechanickej otáčke musí prúd prejsť počtom celých cyklov, ktorý zodpovedá počtu týchto párov pólov.
`elektrická frekvencia (Hz) = otáčky za minútu ÷ 60 × počet párov pólov`
Motory zabudované v náboji kolies elektrických kolobežiek majú veľké množstvo pólov. Práve to im umožňuje dosiahnuť vysoký krútiaci moment pri nízkych rýchlostiach bez potreby redukcie. Na druhej strane, regulátor musí generovať vysokú frekvenciu pri vysokých rýchlostiach, čo si vyžaduje rýchlu reguláciu a dostatočnú frekvenciu pulzovania.
Softvéry na nastavenie, ako napríklad VESC Tool, často zobrazujú otáčky motora v elektrických otáčkach za minútu (ERPM): ide o mechanickú rýchlosť vynásobenú počtom párov pólov.
Čo je dôležité zvážiť pri výbere motora:
- Maximálna rýchlosť závisí od parametra Kv a napätia: Kv vynásobené napätím, a potom od veľkosti kolesa.
- Krútiaci moment závisí od hodnoty Kt a od prúdu, ktorý môže ovládač dodať do fáz motora.
- Teplota závisí od prúdu: motor s nízkym koeficientom Kt potrebuje viac prúdu na dosiahnutie rovnakého krútiaceho momentu, a preto sa pri rovnakom krútiacom momente zahreje viac, pokiaľ nie je väčší.
- Ovládač musí monitorovať prúd fázy a frekvenciu elektrického napätia.
Často kladené otázky
Ako zmerať hodnotu Kv motora?
Spustite motor na voľnobehu, s zdvihnutým kolesom, pri známej napätí a zmerajte jeho otáčkovú rýchlosť; hodnota Kv je pomer týchto dvoch veličín. Regulátory, ako napríklad VESC, dokážu túto hodnotu odvodzovať aj priamo z údajov získaných pri detekcii motora, na základe magnetického toku.
Zvýšená hodnota Kv vždy zvyšuje rýchlosť skútra?
Zvyšuje maximálnu rýchlosť, ale vyžaduje si vyšší prúd na dosiahnutie rovnakého krútiaceho momentu. Ak batéria alebo ovládač nedokážu dodať dostatočný prúd, zariadenie bude pomalšie pri akcelerácii a môže sa vypnúť. Zvýšenie výkonu je reálne len vtedy, ak je celá sústava správne dimenzovaná.
Prečo majú motory s vnútornou časťou (hub motory) toľko pólov?
Pretože poháňajú koleso priamo, bez prevodu. Vysoký počet pólov zabezpečuje vysoký krútiaci moment pri nízkych otáčkach v motore s plochým a veľkým priemerom, čo je presne to, čo je potrebné v kolesách.